基于三菱FX3U的立体车库控制系统设计

陈元招　张洁平

摘 要：以四层三区的立体车库模型为例，先介绍该控制系统的组成及控制要求，阐述汽车自动出入库的过程，根据控制要求分配PLC的I/O口和硬件接线，并设计控制系统的出入库流程及部分主要程序，经调试运行，该立体车库模型控制系统具有安全稳定、方便快速等优点，为城市新建和改造立体车库提供解决方案。

关键词：立体车库；PLC；触摸屏；入库；出库

中图分类号：C933.22 文献标志码：A 文章编号：2095-7394（2017）06-0047-07

随着城镇化步伐的加快，以及人们生活水平的提高，城市人口不断集中，家庭汽车数量日益增多，市区停车已经成为当今社会的难题，特别在老城区中心地带，地下车库相对较少，原有布局的单层平面停车场已远远不能满足停车的需求。为此，必须对原平面停车场进行改造或者新建自动化控制的升降横移式立体车库。立体车库集机械结构、自动化控制及传感器检测技术等于一体，采用多层多区结构存放，具有构架简单、投资少、面积利用率高、操作方便、停车速度快、运行稳定、安全可靠等优点，立体车库逐渐成为今后城市停车的主导工程项目[1，2]。三菱FX3U跟以往的可编程控制器相比，具有运算速率更快，可使用通讯口更多，可控制X、Y、Z三轴，扩展点数多等特点，非常适用于立体车库的控制。本文从自动化控制的角度出发，研究基于三菱FX3U的立体车库模型的控制系统，包括对软硬件进行设计，实现快速停放车和取车的功能。

1 立体车库模型控制系统概述

如图1，以四层三区十二车位的立体车库模型为例，立体车库包含机械传动部分、检测保护部分和控制部分。机械传动部分主要包括载车板、插杆、升降台、车位架、升降的步进电机、横移的直流电机等部件；检测保护部分主要由U型光电开关传感器（用于判断X、Y轴以及Z轴的位置和保护）、金属接近开关、微动开关等构成；控制部分主要由触摸屏、PLC、伺服驱动器、继电器等组成。

控制系统框图如图2所示，立体车库的最终控制对象是载车板，由三菱FX3U-32MR控制两台步进电机和一台直流电机，两台步进电机分别控制X轴左右移动和Y轴上下移动，直流电机控制Z轴前后移动，形成载车板立体三维的位置变换。单个车位内汽车的取放操作，由装在Z轴上直流电机与Y轴步进电机配合完成，取放车时控制载车板的插杆伸出与缩回；三菱FX3U-32MT与串联的微动开关一起配合可对立体车库的车位进行矩阵扫描，判断车位状况并确定存取车位置。因此，操作人员只要在触摸屏上输入操作指令，经过程序判断和运算，输出脉冲和方向信号控制步进电机与直流电机，控制载车板的插杆前后移动，就能自动实现汽车的入库和出库操作。

2 I/O口分配和硬件接线

2.1 I/O口分配

三菱FX3U 32MR控制立体车库的汽车取放操作，通过操作过程涉及的功能需求，对三菱FX3U 32MR的I/O口进行分配，具体内容如表1。

2.2 硬件接线

立体车库控制系统包含两台三菱PLC，其中FX3U 32MR控制汽车的出入库，硬件接线如图3所示； FX3U 32MT实现对立体车库的矩阵状态进行扫描，其PLC硬件接线如图4所示。

3 控制系统软件设计

3.1 控制要求

立体车库模型可在触摸屏的组态界面上选择手动调试和自动运行模式两种控制方式[3]，进入自动运行模式可选择入库和出库操作，系统在入库运行状态是无法进入出库运行状态，出库状态时也无法进入入库状态，通过联锁控制保障安全，防止故障发生。当选择自动运行模式时，控制系统将进入正常的使用状态，即根据组态和PLC矩阵扫描位置判断车辆入库的位置或需出库的车辆进行操作[4]。当选择手动调试模式时，可选择单台电机进行反复调试，检测各台电机及线路是否正常工作，也可以判断各个传感器是否有损坏或位置检测不到等情况。同时在自动运行模式出现异常时，可切换到手动调试，实现车的手动入库和出库操作。

3.2 入库操作

当控制系统通电后，PLC对组态及各个单元进行通信检测判断，确定通信正常后，X轴、Y轴及Z轴是回到各自原点，若立体车库中有空位时，可以进行入库操作，入库操作流程如图5所示。当立体车库中没有空位时，系统显示车库已满，入库按钮失效，无法完成入库操作。立体车库中还有空位时，在组态界面点击入库按钮，系统首先开始判断进出口位置是否有车，若有车，载车板靠近进出口进行取车；当载车板上检测有车且Z轴收回原点时，在组态选择一个空位，行列位置由U型光电开关传感器与系统配合进行位置判断，PLC发出脉冲和方向信号使X、Y轴电机转动，载车板把车移动到选择的位置进行停放，车停放好后矩阵扫描将扫描到该位置有车，且组态在相应的位置显示该位置有车。入库操作结束后，所有电机回各自原点，Z轴优先回原点，然后X轴和Y轴再回原点，保证控制系统的安全性。

3.3 出庫操作

当立体车库要进行取车操作时，系统矩阵扫描将检测各个位置库里是否有车，并在组态界面显示。如果该位置界面显示有车，载车板上和进出库位置判断无车时，出库操作系统正常工作，在组态界面中选定各位置的车，进行出库操作，出库操作流程图如图6所示。当在组态界面选定某个位置的车后，先判断X轴、Y轴及Z轴是否在原点位置，如果不在原点位置，要进行回原点矫正；然后判断载车板上是否有车，如果载车板上无车，再判断进出库位置是否有车，若确定无车，则X轴、Y轴移动到组态界面选定需要取车的位置后进行取车送至进出库位置，出库操作结束后，X轴、Y轴及Z轴回各自原点，并且车取出后系统的矩阵扫描将扫描不到该位置有车，则组态界面显示该位置库无车。如果载车板上有车或进出库位置有车时，系统停止工作且将在组态界面上发出警告；如果在取车操作过程中，进出车位置突然检测到有杂物或人时，系统将进入急停状态即所有动作全部停止，以免造成人员伤亡或财产损失。

3.4 操作注意事项

3.4.1 回原点

为了防止载车板碰到出库架构，导致损坏，必须规定X轴、Y轴及Z轴回原点的顺序，即Z轴优先回原点，然后X轴和Y轴才能回原点。回原点可以矫正X轴、Y轴的行与列的位置，立体车库模型控制系统需以原点为基准进行控制，行与列的位置是利用传感器检测左移和右移进行判断。比如X轴电机正转向左移动，底部的U型光电开关传感器检测到两个列的光尺缺口，则向左位移两列；若X轴电机反转则控制系统向右位移两列。

3.4.2 取车

载车板的取车与放车是由Z轴与Y轴配合完成，假设载车板到了选定的位置进行取车时，

Z轴直流电机先正转，此时载车板的插杆伸出进入车底部，再由Y轴步进电机正转四圈，向上移动将车抬起后，Z轴回原点，然后载车板再把车送至进出库位置。

3.4.3 放车

放车与取车操作为相反过程，当X轴、Y轴到选定的空位置库时，Y轴电机先正转四圈，向上抬高，此时车比该位置库的位置高一些，然后Z轴直流電机正转将载车板的插杆伸出，到达位置后，Y轴电机再反转八圈，向下移动，此时车已经放入选定的位置库，最后Z轴回原点，进入下一步操作。

3.5 PLC主要程序

主、从站通信PLC程序如图7所示，通过RS485实现立体车库控制系统的两台PLC通信连接， 其中FX3U 32MR设为主站，而FX3U 32MT设为从站，他们之间的通信传输设置和信号传送通过PLC程序实现。对于立体车库的入库和出库操作，主要对这车库的12个位置进行判断，入库操作的位置判断如图8所示。

4 组态界面设计

立体车库模型控制系统的触摸屏选用TPC7062Ti， 作为人机交互界面，主要完成车的入库和出库操作以及实时监视立体车库的停放情况。在MCGS设备窗口中首先添加一个通用串口父设备0，在父设备下面创建一个设备0（三菱FX系列编程口），设置子设备PLC的属性，进行通道连接操作，将相应通道与MCGS实时数据库中的变量相连，对PLC的输入输出地址进行读写，实现外部信号输入和控制PLC输出。比如当车入库操作时，A11（第1层第1区），当表达式（m022=1）为非零时，对应图符可见，显示“有”；当车出库操作时，A11（第1层第1区），当表达式（m022=1and m111=0）为非零时，按钮可见，显示“取”，同时该显示框的操作属性，数据对象值操作设为按1松0的m131，点击该按钮，可进行出库操作。在立体车库模型中一共有12个位置，按A11-A12-A13-A21-A22…A42-A43的顺序加1进行设置。MCGS组态界面设置，如图9所示

5 结语

立体车库模型采用三菱FX3U系列PLC与昆仑通态触摸屏为主体的控制系统，整体工作效率高，运行性能安全可靠，控制过程实现自动化和可视化，减少了操作人员的工作量。实际停车场立体车库依此设计，可很好的解决城市“停车难”和“停取车速度慢”的问题。

参考文献：

[1] 王虎军， 马殷元.基于PLC的垂直升降式立体车库控制系统设计[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2016，18（1）：82-84.

[2] 张桂香， 耿长清.基于PLC的升降横移式立体车库自动控制[J].自动化仪表，2013，34（7）：35-37.

[3] 刘伟， 张廷林，董小伟，等.基于PLC的立体车库自动控制系统的设计[J].起重运输机械，2013（12）：20-22.

[4]易倩颖， 叶云岳，郑灼.基于PLC的新型垂直提升式立体车库控制系统设计[J].机电工程，2012，29（4）：409-412.

Design of the Control System in Cubic Garage Based on Mitsubishi FX3U

CHEN Yuan-zhao， ZHANG Jie-ping

（Department of Minxi VElectrical Engineering， Longyan 364021， China）

Abstract： Take the four floor and three area cubic garage model as an example， the paper introduced the composition and requirements of the control system， described the process of automobiles storage and delivery， according to the requirements distribute I/O port and hardware connection of PLC， and designed the process of the storage and departure， some other main procedures of the control system. This control system has the advantages of safety， stability， convenience and rapidness after testing. Solutions for the city's newly build and reformed cubic garage have been provided.

key words： cubic garage； PLC； touch screen； storage； departure

责任编辑 祁秀春